等离子体真空泵制造技术

用于将离子从第一区域泵送到第二区域的等离子体泵和方法，该泵包括：一分隔件，该分隔件有限定了多个管道（３０）的通孔；一组磁体（２４），以便提供延伸到管道的磁力；以及多个电势源（１４），该电势源（１４）用于产生使离子从管道向第二区域加速的静电场。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于在进行工业和科学处理的过程中保持极低气压的系统，尤其是在持续接受新鲜供气的区域。很多类型的工业和科学处理在抽真空至大约几个毫乇(mT)的极低压力的处理区中进行。该类型的处理包括利用等离子体在半导体晶片上进行沉积和蚀刻操作。在用于进行这样的处理的系统中，等离子体在处理区中产生，该处理区包含保持很低压力的处理气体，该低压的范围是1-100mT，通常小于10mT。气体将被离子化成等离子体，且生成的离子通过合适的电场朝晶片加速。在该处理过程中，在将新鲜处理气体供给该区域的同时，处理气体必须被高速地泵送出该区域，同时使外来物质和处理过程自身所产生的物质的污染最小，该外来物质例如是可能包含在泵送装置中的油。在多数该类型的处理中，处理速率尤其取决于处理气体分子进入和离开该处理区域的通过量或流量。该通过量又取决于泵速和流体在处理区和泵之间的流动传导性。处理基片的成本通常与处理气体通过量成反比。用于产生近似于前述低压水平的普通技术通常利用以下两种基本机构中的一个(1)增加气体分子(下文中，称作“分子”应当理解成既包括原子也包括分子，在本文中，称作两种类型的微粒应当更准确)在优选方向上的动量，并通过防止气体反向流动的阀或导流板结构排出该气体；或者(2)在专门制备的表面上冷凝该气体。机构(1)通常使用某些类型的活塞、鼓风机或快速运动的叶轮，这些活塞、鼓风机或叶轮通过利用快速运动的机械结构或泵送分子气流将定向动量施加到气体上，该泵送分子例如汞分子或容易凝结的泵送油。机构(2)通常用于需要使通过量较低至适中的系统中。涡轮分子泵利用机构(1)，它有快速旋转盘，该旋转盘通过与气体分子碰撞而将定向动量施加到气体分子上。该机构在气压足够低时最有效，因为分子的平均自由行程比泵送结构的尺寸长。为了在工业等离子体处理时形成大约1-100mT的较低泵入口压力，目前通常利用涡轮分子泵作为组合泵送系统的第一级，以便泵送较大量的处理气体。可以发现，上述类型的处理操作的质量和由此加工成的半导体装置的质量主要取决于处理气体的纯度和组分，当进入处理腔室内的新鲜气体的流速相对较高时，这些参数能控制得最好。如果气体通过量能够增加到目前所用的通过量的3至5倍的水平，那么通过等离子体辅助蚀刻和沉积处理而生成的产品的质量就能充分提高。尽管目前可用的高速涡轮分子泵能在低入口压力下获得大约5500升每秒的通过量，但是目前可用的最高容量的泵也极贵，同时可靠性低于较小的泵。而且，即使5500升每秒的通过量也小于进行200mm直径的晶片处理时的最优值，而在较大直径的晶片上获得最优处理结果甚至需要更高的气体通过量。通常，达到某种质量的处理结果所需的气体通过量与基片的面积成正比。此外，对于具有附在系统内固体表面上的趋势的气体种类，必须能对气流有效控制。该气体种类例如包括由等离子体中的电子或质子聚合的碳化合物。等离子体的电子或质子流能很容易地使该材料贴附在固体表面上。随后，该材料或许能以变化了的形式从该表面释放。上述类型的等离子体辅助处理的质量取决于所能防止聚合材料或者说变化的材料沉积在基片表面上的程度，而这又取决于能防止该材料在处理区中形成和/或残留的程度。以有效时间残留在处理区内的气体分子能够以抗随后的蚀刻处理的化学形式沉积在基片上。因此，这些分子将在基片表面形成缺陷。如果气态的有机物和蚀刻产物的浓度能非常小，那么能大大简化等离子体的泵送处理。考虑到可能出现该现象，显然，气体分子在处理区的停留时间越短，由一系列蚀刻和/或沉积处理而形成的产品的质量就越高。除了在上述类型的处理操作中采用的真空泵送技术外，还提出了利用等离子体作为活性元素的泵。等离子体真空泵能够高效泵送各种气体，包括氢和氦，而且它相对不会受到固体或腐蚀性材料的危害。等离子体真空泵的工作包括将中性气体的三维流动转变为由磁化的等离子体引导的一维流动，该磁化的等离子体可以通过合适的导流片结构而被磁压缩和引导。动量能够由于各种电磁相互作用而施加给等离子体，并且动量能够通过中性气体分子和运动离子的碰撞而施加给中性气体，该运动离子是已被加速的，其动量大于背景气。不过，还没有很好地实现在等离子体处理系统中采用等离子体真空泵的潜在优点。尤其是，还不能将高效产生等离子体和产生与所进行的等离子体处理操作相容并适于引导等离子体的磁场相结合，也不能使等离子体的高效产生与在一定压力范围内有效泵送的合适机构相结合，该一定的压力范围在该等离子体处理操作中是很重要的。在等离子体处理系统中利用等离子体真空泵送的可能性例如在美国专利No.4641060中进行了说明，该美国专利No.4641060是1987年2月3日授予Dandl。该专利公开了一种等离子体真空泵，该等离子体真空泵并没有任何活动的机械部件，并能在低于1mT的气体压力下产生较高的泵送流量。该等离子体真空泵的基本原理是通过简单的管形导流片结构而磁性引导等离子体离子和电子流，该管形导流片结构防止中性气体分子流回保持低压的区域。在该专利中公开的泵能够在低于压力上限时利用磁化等离子体而有效工作，该压力上限由自动形成的、阻挡等离子体离子流的静电势确定。本文中“磁化的等离子体”是指电子流被磁化的等离子体，即电子围绕磁场曲线旋转的等离子体。但是，这种形式的等离子体真空泵适合于某些低压磁性约束等离子体的情况，它显然不很适合通常的工业等离子体处理系统。本专利技术的一个目的是将离子以较高流量而泵送出低压区域。本专利技术的另一目的是提供一种能以低成本实现高泵送流量的泵送系统。本专利技术的又一目的是可以电控制离子的泵送流量。本专利技术的又一目的是以提高在基片整个表面的处理均匀性的方式进行离子的泵送。本专利技术的又一目的是控制在平行于基片表面的平面内的速度曲线或速度分布，以该速度在基片上面和周围泵送离子。本专利技术的又一目的是采用由一系列泵送单元构成的等离子体泵，以便以较高的响应速率调节泵送速度和/或控制处理区压力。根据本专利技术，上述和其它目的是通过提供一种新颖的等离子体真空泵和泵送方法来实现的，该等离子体真空泵和泵送方法用于当等离子体泵送单元插入第一区域和第二区域之间时将离子从第一区域泵送到第二区域，其中离子可以由在第一区域的等离子体产生。该等离子体真空泵由以下部分构成一分隔件，该分隔件可位于第一区域和第二区域之间，且该分隔件限定了多个在第一和第二区域之间的管道；一自由电子源，该自由电子源与该管道连通；多组磁体，每组磁体都相对于该管道中的相应一个而定位成使磁力线穿过所述相应一个管道而延伸；以及多个电势源，每个电势源都相对于管道中的相应一个而布置，以便产生使离子从所述相应一个管道向第二区域加速的静电场；其中，各管道与相应的磁体组和相应的电势源一起形成多个泵送单元中的一个。由磁体产生的磁场大大影响离子在管道中的径向分布，并起到在管道中捕获电子的作用。该捕获的电子可以防止在管道内形成正空间电荷并产生使正离子从第一区域加速进入管道的静电场。经过管道时，一定比例的正离子将与电子结合形成中性分子。这些中性分子由于动量而被带入第二区域。没有与电子结合的离子将由于动量和由电势源产生的静电场而被带入第二腔室。在第一区域内的等离子体可以是处理等离子体，它将引入该区域的气体离子化，产生磁化的电子和通常用于进行处理的离子，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体泵，用于当所述等离子体泵插入第一区域和第二区域之间时将离子从包含等离子体的第一区域泵送到第二区域，所述等离子体泵包括： 一分隔件，该分隔件位于第一区域和第二区域之间，所述分隔件限定了多个在第一和第二区域之间的管道； 一自由电子源，该自由电子源与所述管道连通； 多组磁体，所述每组磁体都相对于所述管道中的相应一个而定位成使磁力线穿过所述相应一个管道延伸；以及 多个电势源，每个所述电势源都相对于所述管道中的相应一个而布置，以便产生使离子从所述相应一个管道向第二区域加速的静电场； 其中，各所述管道与相应的磁体组和相应的电势源一起形成多个泵送单元中的一个。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：韦恩L约翰逊，拉斐尔A丹德尔，加雷思E盖斯特，
申请(专利权)人：东京电子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]